2003-2010 年禹城冬小麦夏玉米农田生态系统碳水通量观测数据集

赵风华，李发东，占车生，张雷明，陈智

1. 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室，北京，100101

引 言

冬小麦复种夏玉米农田生态系统是黄淮海平原最大的生态系统类型，也是中国最主要的冬小麦和夏玉米生产类型。中科院禹城综合试验站（简称禹城站）是黄河下游灌区冬小麦夏玉米农田生态系统的典型试验站（图1）。2002 年11 月，中国通量观测联盟（ChinaFLUX）的前身中国通量网在禹城站设置涡度相关通量观测系统，连续观测至今，获取了国内连续观测时间最长的农田生态系统碳水通量数据。

图1 禹城站通量观测系统（左：冬小麦；右：夏玉米）

2013 年，在ChinaFLUX 组织下禹城站将2003-2005 年间碳水通量和气象数据向全国科研单位、亚洲通量网（AsiaFlux）成员和国际通量观测网络（FLUXNET）成员开放共享，为全国和全球相关研究做出了贡献[1-9]。在此基础上，禹城站进一步将2003-2010 年间数据面向全国科研单位开放共享。数据包含生态系统CO2通量、潜热通量、显热通量、空气温度、土壤湿度、降水、总辐射、净辐射和光合有效辐射等观测指标，数据有半小时、日尺度、月尺度、年尺度4 种时间尺度。我们将在保留数据产权的基础上，以此加强与全国科研单位的联系合作，以期为中国和全球相关研究做出更大贡献。

1 数据采集和处理方法

禹城站位于山东省禹城市（116.5702°E，36.8290°N, 28m a.s.l.），地处黄河下游第二大灌区潘庄灌区。气候类型为大陆季风气候，年平均降水528 mm，平均气温13.1℃，大于0℃积温4951℃，无霜期200 天；冬季和春季干旱，夏季湿润，60%的降水集中于7、8 月份。农田耕层土壤以砂壤土为主，土壤有机质含量1.21%，pH 值为7.9-8.0。地下水位1.5-4.0 米，地下水资源丰富。作物种植制度为冬小麦夏玉米复种一年两熟灌溉农业。从自然条件和种植制度看，在华北平原有典型性。

数据采集分为通量数据和气象数据两部分，观测系统型号、配置和构成，以及数据采集与传输等信息，具体参见张雷明等论文[10]。

数据采用ChinaFLUX 标准方法处理和加工，数据处理过程、质量控制和数据格式与ChinaFLUX标准一致，具体参见张雷明等论文[10]。

2 数据样本描述

数据从类型上包含气象数据和通量数据两大部分，从时间尺度上包含30 分钟、天、月、年4 个尺度。气象数据表头参数含义及单位如表1 所示。

表1 禹城站不同时间尺度气象观测数据表头

通量数据样本格式采用ChinaFLUX 标准格式，时间尺度包括30 分钟、天、月、年4 个尺度。数据参数包括3 个碳通量数据参数：净生态系统CO2交换量（NEE，负值表示生态系统碳吸收，为碳汇；正值表示碳排放，为碳源）、生态系统CO2总交换量（GEE，负值表示生态系统碳吸收、碳同化）、生态系统呼吸速率（RE），30 分钟尺度上单位是mg CO2m-2s-1；天、月、年尺度上单位分别为g C m-2d-1、g C m-2mon-1、g C m-2a-1。数据参数还包括潜热通量（LE）和显热通量（Hs），单位是W m-2。

3 数据质量控制与评估

数据采用ChinaFLUX 标准方法进行质量控制，具体参见张雷明等论文[10]。

2003-2010 年共8 年间，禹城站半小时尺度CO2通量、潜热通量和显热通量的有效观数据比例分别为39.1%-50.4%、54.2%-70.8%、62.7%-71.2%（表2）。数据缺失的原因可以分为两类，一类主要是数据质量控制中出现的数据缺失，包括异常数据剔除、夜间通量数据筛选等，特别是夜间数据的质控和筛选是引起有效观测数据降低的主要因素；另一类主要是作物收获、播种、耕作等农业措施期间停测，以及停电、仪器故障等。

表2 禹城站通量观测数据质控后有效数据百分比

4 数据使用方法和建议

根据禹城站生态类型和区域环境特点，数据应用者需要注意以下几个事项。

1）禹城站为农田生态系统，我们参照常规方式方法进行农田管理，尽量保证作物在无水肥胁迫和无病虫害状态下生长，但具体管理措施每年会略有不同。使用者在使用过程中如果需要更多的农田和农作物管理、测产、考种等农学和生物学信息请联系本文作者。

2）翻耕、播种、收割等农田管理会对碳通量数据有很大的扰动，因此在前茬收获-后茬出苗期间碳排放数据谨慎使用。

3）作物生长期内，喷施农药、追施化肥等措施对碳水通量数据的扰动可以忽略。春季灌溉会造成感热通量负值出现，属于正常现象，在关注热量参数时需要注意。灌溉可以从土壤含水量突然出现饱和现象来判断。

致 谢

刘振民、王吉顺为禹城站通量观测系统维护做出了必不可少的贡献，孙志刚、欧阳竹为本数据集的完成提供了技术指导等重要贡献，特此致谢！

数据作者分工职责

赵风华（1979—），男，博士，助理研究员，研究方向为环境胁迫对农田生态系统的影响。主要承担工作：观测系统运行管理、数据处理和论文撰写。

李发东（1972—），男，博士，研究员，研究方向为农田生态系统水氮迁移与互作机理。主要承担工作：观测系统运行管理。

占车生（1975—），男，博士，研究员，研究方向为水循环和区域蒸散。主要承担工作：观测系统条件支持与管理。

张雷明（1974—），男，博士，副研究员，研究方向为生态系统碳水循环过程与全球变化。主要承担工作：碳水通量数据综合处理方法和技术途径。

陈智（1981—），女，博士，助理研究员，研究方向为生态系统碳通量时空格局。主要承担工作：数据质量分析。